矿井主通风机自动监测控制系统的研究

2021-07-28邱仲辉

机械管理开发 2021年6期

邱仲辉

（晋能控股集团晋华宫大型设备科，山西大同 037003）

引言

矿井主通风机是煤矿井下通风系统的核心，其工作的稳定性和可靠性直接关系到煤矿井下的综采安全性。现有的通风倒机控制方案操作程序复杂，一旦操作顺序出错，将导致倒机失效，影响通风安全。井下电磁干扰源多，对变频控制器会产生较大的干扰，影响对通风机控制的稳定性。这些普遍存在的问题给井下的通风稳定性造成了极大的影响，因此设计一款新的矿井通风机控制系统，提升控制精度和稳定性。

1 引压管防冻的设计方案

我国煤矿一般分布在北方地区，在不同的季节温度差异性显著，特别是在冬季时，地面温度会达到0℃以下。目前的通风机监测系统中，风压监测传感器装置是位于监控室内，在监控室和指定的风压测量位置之间会有一定的间隔，两地之间是利用引压管进行数据信息传递和交互，引压管是和电缆一起铺设在电缆沟内，因此引压管在监测点和监控室之间实际上是呈“U”形的状态存在。从地下管道内吹出的风含有大量的水蒸气，当地面温度较低时会产生冻结，水蒸气随着引压线集聚在“U”形的底部，引起管路堵塞，进而导致影响风压测量精度，通风系统调节失效。

在对现有通风监测系统风压监测失效分析的基础上，本文提出了一种新的风压抗冻装置，其结构如图1所示[1]。

由图1可知，该系统将传统的压力变送传输模式升级为了电信号传输模式[2]，降低了监控室和风压测量点位之间的引压管长度，使整个引压管保持了平直模式，避免了因弯折导致的积水结冰问题，同时也显著地提升了日常的故障维修排查便捷性。

图1 风压抗冻装置结构

在新的监测控制系统中，在风机外壳指定位置设置一个接线盒，然后把管路一侧和接线盒端口连接，并将另一侧设置到压力监测装置上，压力监测装置和控制系统之间采用通信电缆连接。该新的接线模式不仅能够有效地解决引压管冻结问题，而且相当于在系统中增加了一种数据转接站，能够对传输信号进行集中处理，提升了数据处理的速度和有效性。

2 倒机控制的设置

在矿井通风的过程中，若出现紧急情况或者特殊情况，需要对风机进行倒机，满足通风控制安全性的需求，传统控制模式中需要多步骤操作，对操作顺序和时间都有一定的要求，控制流程繁琐、操作周期长，因此难以满足紧急情况下的控制需求。其倒机控制流程如下页图2所示。

由图2可知，主通风机根据风机结构的不同，其倒机控制流程也不一致，在进行关闭时必须遵循逐次关闭的原则，否则会导致风机风压急剧增加，影响通风安全性[3]。在该新的监控系统中对控制程序和流程进行了升级，根据倒机控制流程和要求，设计了一键倒机控制，当给出启动控制信号后系统根据预先设定的逻辑控制程序和时间，自动进行顺序控制，从而消除了因人工控制失效导致的通风安全问题，极大地提升了倒机控制的一致性和有效性。

图2 风机倒机控制流程

3 变频控制器控制优化

煤矿井下各类机械设备多、电磁信号复杂，极易对变频控制器的运行产生干扰，影响其控制稳定性，进而导致对通风机的变频控制调节失效，影响风机运行安全和经济性。针对这种问题，在新的控制系统中加入了变频器抗干扰设计和变频器运行监测模块，实现了对变频控制器运行的自动监测和报警。

由于变频器输出的控制电压为矩形电压，波形宽度不一致，因此在传输过程中会形成电磁感应干扰，影响正常信号的传输，因此在变频器的输入端和输出端各加入了一个滤波电路[4]，对输入信号和输出信号进行滤波处理减少数据信号的干扰，同时各传输线路均采用具有抗干扰能力的双层屏蔽线路，减少外界电磁信号对传输过程的影响。

为了提高对变频器输出信号稳定性的监测，在系统中增加了一个变频控制器监测模块，其结构如图3所示。